JP2000241812A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents
透過型液晶表示装置Info
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】直線状または面状の照明光源を用いた場合であ
っても、カラーフィルタを用いない液晶表示装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】本発明は、直線状または面状の光源と、前
記照明光源から照射された光が入射される楔状導光板
と、前記楔状導光板から斜め方向にかつ略平行に出射さ
れた光を複数の波長領域の光に分離する波長分離手段
と、前記波長分離手段により分離された光を受光し所定
のサブ画素に所定の波長領域の光を集光する集光手段
と、サブ画素ごとに制御可能な液晶層からなる透過型液
晶表示装置に関する。集光手段としてはシリンドリカル
レンズアレイが望ましい。本発明の楔形導光体は、出射
面の反対面において光が正反射するものであり、金属表
面鏡を有するものであってもよく、０．１〜３度、さら
に好ましくは、０．３〜１度の頂角を有する。
っても、カラーフィルタを用いない液晶表示装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】本発明は、直線状または面状の光源と、前
記照明光源から照射された光が入射される楔状導光板
と、前記楔状導光板から斜め方向にかつ略平行に出射さ
れた光を複数の波長領域の光に分離する波長分離手段
と、前記波長分離手段により分離された光を受光し所定
のサブ画素に所定の波長領域の光を集光する集光手段
と、サブ画素ごとに制御可能な液晶層からなる透過型液
晶表示装置に関する。集光手段としてはシリンドリカル
レンズアレイが望ましい。本発明の楔形導光体は、出射
面の反対面において光が正反射するものであり、金属表
面鏡を有するものであってもよく、０．１〜３度、さら
に好ましくは、０．３〜１度の頂角を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタを
用いなくともフルカラー表示が可能な透過型液晶表示装
置、特に直視型の透過型液晶表示装置に関する。
用いなくともフルカラー表示が可能な透過型液晶表示装
置、特に直視型の透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】カラー液晶表示装置は数十万から百数十
万個の画素からなり、各画素は、ＲＧＢのサブ画素から
なっている。サブ画素ごとにＲＧＢを表示するためにＲ
ＧＢのカラーフィルタが用いられ、これらのサブ画素の
表示を組み合わせてフルカラー画像が得られる。この場
合、各サブ画素においてはカラーフィルタで光の２／３
は吸収されてしまうため、理論上１／３の光しか利用し
ていないこととなる。
万個の画素からなり、各画素は、ＲＧＢのサブ画素から
なっている。サブ画素ごとにＲＧＢを表示するためにＲ
ＧＢのカラーフィルタが用いられ、これらのサブ画素の
表示を組み合わせてフルカラー画像が得られる。この場
合、各サブ画素においてはカラーフィルタで光の２／３
は吸収されてしまうため、理論上１／３の光しか利用し
ていないこととなる。
【０００３】カラーフィルタを用いずにカラー表示をす
る方法として、光を複数の波長領域の光に分離し、各波
長領域の光ごとに集光する方法が知られている。たとえ
ば、液晶プロジェクターとして、各画素ごと、すなわち
３つのサブ画素ごとに１つのマイクロレンズを配置し、
マイクロレンズで分離された光を色選択性を有する鏡を
用いて異なる方向に反射させ、それぞれの色に対応する
サブ画素ごとに光の透過または遮断を液晶層により制御
する方法が提案されている（ＳＩＤシンポジウム１９９
６、９１１頁）。また同様に液晶プロジェクターとし
て、アークランプ光を回折格子表面で反射させてＲＧＢ
の光に分離し、マイクロレンズアレイで集光し、サブ画
素ごとに液晶層で光の透過を制御する方法が提案されて
いる（ＳＩＤシンポジウム１９９８、１９９頁）。これ
らのプロジェクターにおいては、マイクロレンズアレイ
における光の分離が比較的容易である。なぜならばプロ
ジェクターでは光量の高いメタルハライドランプ等の点
光源を用いることが多いが、点光源ランプは光自体の指
向性が高いため、マイクロレンズアレイで所定の波長領
域の光を所定のサブ画素に集光することも容易だからで
ある。
る方法として、光を複数の波長領域の光に分離し、各波
長領域の光ごとに集光する方法が知られている。たとえ
ば、液晶プロジェクターとして、各画素ごと、すなわち
３つのサブ画素ごとに１つのマイクロレンズを配置し、
マイクロレンズで分離された光を色選択性を有する鏡を
用いて異なる方向に反射させ、それぞれの色に対応する
サブ画素ごとに光の透過または遮断を液晶層により制御
する方法が提案されている（ＳＩＤシンポジウム１９９
６、９１１頁）。また同様に液晶プロジェクターとし
て、アークランプ光を回折格子表面で反射させてＲＧＢ
の光に分離し、マイクロレンズアレイで集光し、サブ画
素ごとに液晶層で光の透過を制御する方法が提案されて
いる（ＳＩＤシンポジウム１９９８、１９９頁）。これ
らのプロジェクターにおいては、マイクロレンズアレイ
における光の分離が比較的容易である。なぜならばプロ
ジェクターでは光量の高いメタルハライドランプ等の点
光源を用いることが多いが、点光源ランプは光自体の指
向性が高いため、マイクロレンズアレイで所定の波長領
域の光を所定のサブ画素に集光することも容易だからで
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、直線状また
は面状の照明光源を使用する場合には、光の指向性も十
分ではなくＲＧＢの光が完全には分離しにくいため、カ
ラーフィルタを用いないでマイクロレンズアレイのよう
な光分離手段を用いる液晶表示装置を得ることが困難で
あった。本出願人は、鋭意検討の結果、以下のような方
法により、直線状または面状の照明光源を用いた場合で
あっても所定の波長の光を所定のサブ画素に入射させる
ことができる、カラーフィルタを用いないカラー液晶表
示装置を完成した。
は面状の照明光源を使用する場合には、光の指向性も十
分ではなくＲＧＢの光が完全には分離しにくいため、カ
ラーフィルタを用いないでマイクロレンズアレイのよう
な光分離手段を用いる液晶表示装置を得ることが困難で
あった。本出願人は、鋭意検討の結果、以下のような方
法により、直線状または面状の照明光源を用いた場合で
あっても所定の波長の光を所定のサブ画素に入射させる
ことができる、カラーフィルタを用いないカラー液晶表
示装置を完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、直線状または
面状の光源と、前記照明光源から照射された光が入射さ
れる楔状導光板と、前記楔状導光板から斜め方向にかつ
略平行に出射された光を複数の波長領域の光に分離する
波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された光
を受光し所定のサブ画素に所定の波長領域の光を集光す
る集光手段と、サブ画素ごとに制御可能な液晶層からな
る透過型液晶表示装置に関する。
面状の光源と、前記照明光源から照射された光が入射さ
れる楔状導光板と、前記楔状導光板から斜め方向にかつ
略平行に出射された光を複数の波長領域の光に分離する
波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された光
を受光し所定のサブ画素に所定の波長領域の光を集光す
る集光手段と、サブ画素ごとに制御可能な液晶層からな
る透過型液晶表示装置に関する。
【０００６】本発明の光源は、蛍光灯が望ましい。本発
明の集光手段は、マイコロレンズアレイ、例えばシリン
ドリカルレンズアレイが望ましい。本発明の楔形導光体
は、出射面の反対面において光が正反射するものであ
り、金属表面鏡を有するものであってもよく、０．１〜
３度、さらに好ましくは、０．３〜１度の頂角を有す
る。本発明の波長分離手段は、回折格子である。回折格
子は、入射面で入射光の一部が正反射するものであり、
出射面が鋸形状を有し、鋸形状において照明光源に対し
て遠い側の辺が、出射面の垂直方向に対して５〜２０
度、さらに好ましくは、１０〜１５度の角度をなすこと
が望ましい。さらに、本発明の透過型液晶表示装置は、
拡散板が配置されていてもよい。
明の集光手段は、マイコロレンズアレイ、例えばシリン
ドリカルレンズアレイが望ましい。本発明の楔形導光体
は、出射面の反対面において光が正反射するものであ
り、金属表面鏡を有するものであってもよく、０．１〜
３度、さらに好ましくは、０．３〜１度の頂角を有す
る。本発明の波長分離手段は、回折格子である。回折格
子は、入射面で入射光の一部が正反射するものであり、
出射面が鋸形状を有し、鋸形状において照明光源に対し
て遠い側の辺が、出射面の垂直方向に対して５〜２０
度、さらに好ましくは、１０〜１５度の角度をなすこと
が望ましい。さらに、本発明の透過型液晶表示装置は、
拡散板が配置されていてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の透過型液晶表示
装置の断面図を示している。本発明の液晶表示装置は、
液晶表示ユニット１とバックライトユニット２から成り
立っている。液晶表示ユニット１は、２枚のガラス基板
２６と、その間に挿入された液晶層３０からなってい
る。下側のガラス基板２６の外側には、シリンドリカル
レンズアレイ２０が設けられており、偏光板１８が設け
られていても良い。上側のガラス基板２６の外側には、
偏光板１８と拡散板２８が設けられていてもよい。バッ
クライトユニット２は、蛍光灯３、導光体４、および回
折格子１６からなっている。導光体４は、金属反射板６
を有していても良い。
装置の断面図を示している。本発明の液晶表示装置は、
液晶表示ユニット１とバックライトユニット２から成り
立っている。液晶表示ユニット１は、２枚のガラス基板
２６と、その間に挿入された液晶層３０からなってい
る。下側のガラス基板２６の外側には、シリンドリカル
レンズアレイ２０が設けられており、偏光板１８が設け
られていても良い。上側のガラス基板２６の外側には、
偏光板１８と拡散板２８が設けられていてもよい。バッ
クライトユニット２は、蛍光灯３、導光体４、および回
折格子１６からなっている。導光体４は、金属反射板６
を有していても良い。
【０００８】直線状の蛍光灯３から照射された光は、導
光体４に入射し、光１２は、導光体の下面８と上面１０
で反射を繰り返しながら徐々に角度が急峻になる。上面
１０において光１２の方向が臨界角を超えると、導光体
上面から光１４が出射される。臨界角を超えてはじめて
出射されることになるので、光１４は略平行光となって
いる。光１４は回折格子１６においてＲＧＢの光に分離
される。分離されたＲＧＢの光はシリンドリカルレンズ
アレイ２０に入射する。シリンドリカルレンズアレイ２
０は、複数のシリンドリカルレンズ２２、２４などから
なる。１つのシリンドリカルレンズが１画素に対応する
ように設計してもよく、１つのシリンドリカルレンズが
複数の画素に対応するように設計しても良い。シリンド
リカルレンズ２２は画素３２に対応するもので、画素３
２は、３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの３つのサブ画素からな
っている。シリンドリカルレンズ２２に入射した光は、
Ｒの光がサブ画素３２Ｒに、Ｇの光がサブ画素３２Ｇ
に、Ｂの光がサブ画素３２Ｂに入射し、各サブ画素ごと
に光の透過または遮断が制御される。液晶としては、透
過率を制御可能な方式であればどのような方式のものを
用いても良い。偏光状態を変化させることによって透過
率を制御する方式の場合には、図１に示すように偏光板
を配置することが必要となるが、その他の方式を用いる
場合には、偏光板は必要でない。
光体４に入射し、光１２は、導光体の下面８と上面１０
で反射を繰り返しながら徐々に角度が急峻になる。上面
１０において光１２の方向が臨界角を超えると、導光体
上面から光１４が出射される。臨界角を超えてはじめて
出射されることになるので、光１４は略平行光となって
いる。光１４は回折格子１６においてＲＧＢの光に分離
される。分離されたＲＧＢの光はシリンドリカルレンズ
アレイ２０に入射する。シリンドリカルレンズアレイ２
０は、複数のシリンドリカルレンズ２２、２４などから
なる。１つのシリンドリカルレンズが１画素に対応する
ように設計してもよく、１つのシリンドリカルレンズが
複数の画素に対応するように設計しても良い。シリンド
リカルレンズ２２は画素３２に対応するもので、画素３
２は、３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの３つのサブ画素からな
っている。シリンドリカルレンズ２２に入射した光は、
Ｒの光がサブ画素３２Ｒに、Ｇの光がサブ画素３２Ｇ
に、Ｂの光がサブ画素３２Ｂに入射し、各サブ画素ごと
に光の透過または遮断が制御される。液晶としては、透
過率を制御可能な方式であればどのような方式のものを
用いても良い。偏光状態を変化させることによって透過
率を制御する方式の場合には、図１に示すように偏光板
を配置することが必要となるが、その他の方式を用いる
場合には、偏光板は必要でない。
【０００９】図２は、本発明で使用する蛍光灯２の照射
光の分光特性を示している。本発明では、回折格子など
により光を分離することが必要になるが、回折光の出射
角は入射光の波長の影響をうけることから、一様に連続
的な分光特性をもった光よりも、いくつかの強いピーク
を有する不連続光を用いる方が光の分離が容易である。
たとえば代表的な青・緑・赤の波長は４４５ｎｍ，５３
０ｎｍ，６１５ｎｍであり、図２の蛍光灯のピークに対
応した波長領域の光を分離することにより、青・緑・赤
の光を分離することが可能となる。
光の分光特性を示している。本発明では、回折格子など
により光を分離することが必要になるが、回折光の出射
角は入射光の波長の影響をうけることから、一様に連続
的な分光特性をもった光よりも、いくつかの強いピーク
を有する不連続光を用いる方が光の分離が容易である。
たとえば代表的な青・緑・赤の波長は４４５ｎｍ，５３
０ｎｍ，６１５ｎｍであり、図２の蛍光灯のピークに対
応した波長領域の光を分離することにより、青・緑・赤
の光を分離することが可能となる。
【００１０】本発明においては、液晶層の所定のサブ画
素に、分離されたＲＧＢのうちの所定の光を通過させる
必要がある。たとえば図１では、赤色光１６Ｒ、緑色光
１６Ｇ、青色光１６Ｂの光が、それぞれサブ画素３２
Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを通過することが必要となる。図３
は、画素３２の領域を拡大して模式的に示したものであ
る。赤色光１６Ｒがサブ画素３２Ｒに入射し、緑色光１
６Ｇがサブ画素３２Ｇに入射する様子を示している。ａ
は光がシリンドリカルレンズ２２に入射する地点から液
晶層までの距離を示し、ｂはサブ画素のピッチを示して
いる。赤色光１６Ｒと緑色光１６Ｇのなす角がどの程度
の角度でなければならないかが、以下のようにして求ま
る。たとえば、ａは、広く用いられているガラスの厚み
が０．５〜０．７ｍｍであることより、これより若干大
きな値をとる。ｂは、直視型では０．０４〜０．１ｍｍ
であり、たとえば対角１３．３インチのＸＧＡ液晶パネ
ル（解像度１０２４×７６８）の場合、０．０８８ｍｍ
である。この結果、ｔａｎθ＝ｂ／ａは、１３．３イン
チＸＧＡ液晶パネルで、０．０８８／０．９前後とな
り、θはわずかに５．５度程度である。非常に粗い旧式
の液晶パネルであったとしてもθは８度程度でしかな
い。これを達成するにはＲＧＢの光の指向性が極めて高
くなければならないことがわかる。そのためには、光源
からの光の指向性も極めて高いものでなければならない
こともわかる。
素に、分離されたＲＧＢのうちの所定の光を通過させる
必要がある。たとえば図１では、赤色光１６Ｒ、緑色光
１６Ｇ、青色光１６Ｂの光が、それぞれサブ画素３２
Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを通過することが必要となる。図３
は、画素３２の領域を拡大して模式的に示したものであ
る。赤色光１６Ｒがサブ画素３２Ｒに入射し、緑色光１
６Ｇがサブ画素３２Ｇに入射する様子を示している。ａ
は光がシリンドリカルレンズ２２に入射する地点から液
晶層までの距離を示し、ｂはサブ画素のピッチを示して
いる。赤色光１６Ｒと緑色光１６Ｇのなす角がどの程度
の角度でなければならないかが、以下のようにして求ま
る。たとえば、ａは、広く用いられているガラスの厚み
が０．５〜０．７ｍｍであることより、これより若干大
きな値をとる。ｂは、直視型では０．０４〜０．１ｍｍ
であり、たとえば対角１３．３インチのＸＧＡ液晶パネ
ル（解像度１０２４×７６８）の場合、０．０８８ｍｍ
である。この結果、ｔａｎθ＝ｂ／ａは、１３．３イン
チＸＧＡ液晶パネルで、０．０８８／０．９前後とな
り、θはわずかに５．５度程度である。非常に粗い旧式
の液晶パネルであったとしてもθは８度程度でしかな
い。これを達成するにはＲＧＢの光の指向性が極めて高
くなければならないことがわかる。そのためには、光源
からの光の指向性も極めて高いものでなければならない
こともわかる。
【００１１】図４は、回折格子による光の回折現象を示
すものである。波長λの光が、入射光θiで屈折率ｎの
媒質よりなりピッチｄの格子間隔を持つ透過型の回折格
子に入射し、出射角θoで出射する。回折格子が空気中
に存在する場合には、
すものである。波長λの光が、入射光θiで屈折率ｎの
媒質よりなりピッチｄの格子間隔を持つ透過型の回折格
子に入射し、出射角θoで出射する。回折格子が空気中
に存在する場合には、
【００１２】 ｓｉｎθo＝ｓｉｎθi−ｍλ／ｄ （ｍは整数）
【００１３】の関係がある。この式より、θiが十分に
大きい（９０度に近い）場合には、θiの値に多少ばら
つきがあってもｓｉｎθiの値の変化が小さいことか
ら、θoの変化もそれほど大きくないということがわか
る。すなわち、回折格子に入射する光が回折格子に対し
て平行に近い角度で入射すればするほど、入射光が多少
指向性の低い光であっても、回折格子から出射される光
は指向性が高くなることがわかる。なお、θiが８０度
の入射光で、緑色光（５３０ｎｍ）の波長成分がちょう
ど真上に出射されるようにｄの値を決めると、ｄ＝５３
０／ｓｉｎ８０°＝５３８ｎｍとなる。
大きい（９０度に近い）場合には、θiの値に多少ばら
つきがあってもｓｉｎθiの値の変化が小さいことか
ら、θoの変化もそれほど大きくないということがわか
る。すなわち、回折格子に入射する光が回折格子に対し
て平行に近い角度で入射すればするほど、入射光が多少
指向性の低い光であっても、回折格子から出射される光
は指向性が高くなることがわかる。なお、θiが８０度
の入射光で、緑色光（５３０ｎｍ）の波長成分がちょう
ど真上に出射されるようにｄの値を決めると、ｄ＝５３
０／ｓｉｎ８０°＝５３８ｎｍとなる。
【００１４】表１は、入射角θiが７０度、８０度、９
０度の場合の出射角θoを示している。この表から、中
心入射角８０度、広がりが±１０度の入射光を用い、緑
色光が真上に出射されるようにすると、４度未満の指向
性を有する出射光が得られることがわかる。表１では、
ｄ＝５４８．５ｎｍの値を用いて計算している。表２
は、同様に中心入射角６０度、ｄ＝６１２ｎｍ、表３は
中心入射角５０度、ｄ＝６９１ｎｍでの計算結果を示し
ている。中心入射角が小さくなればなるほど、出射光の
指向性が低下していることがわかる。
０度の場合の出射角θoを示している。この表から、中
心入射角８０度、広がりが±１０度の入射光を用い、緑
色光が真上に出射されるようにすると、４度未満の指向
性を有する出射光が得られることがわかる。表１では、
ｄ＝５４８．５ｎｍの値を用いて計算している。表２
は、同様に中心入射角６０度、ｄ＝６１２ｎｍ、表３は
中心入射角５０度、ｄ＝６９１ｎｍでの計算結果を示し
ている。中心入射角が小さくなればなるほど、出射光の
指向性が低下していることがわかる。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】一方、入射角をさらに大きくして９０度に
近づけると、回折格子表面における入射光の反射率が高
くなりすぎ、入射光の光パワーが回折格子内に導入され
ないという問題が生じる。表４は、入射角θiを大きく
していったときの透過率を示している。回折格子の屈折
率は１．５である。透過率が高い方の偏光であっても８
０度の入射で７６％、８５度の入射で５０％の透過率し
かないことがわかる。透過しなかった光は色々な部品に
当たって乱反射される結果、いわゆる迷光となって色分
離特性を低下させる。
近づけると、回折格子表面における入射光の反射率が高
くなりすぎ、入射光の光パワーが回折格子内に導入され
ないという問題が生じる。表４は、入射角θiを大きく
していったときの透過率を示している。回折格子の屈折
率は１．５である。透過率が高い方の偏光であっても８
０度の入射で７６％、８５度の入射で５０％の透過率し
かないことがわかる。透過しなかった光は色々な部品に
当たって乱反射される結果、いわゆる迷光となって色分
離特性を低下させる。
【００１９】
【表４】
【００２０】以上から、８０度前後の入射角で±１０度
程度の広がりを有する光を回折格子に当てることによ
り、本発明の透過型液晶表示装置が得られることがわか
る。図５は、本発明において有用な導光体の一例であ
る。この全反射型の導光体は、０．１〜３度、さらに望
ましくは０．３〜１度の非常に小さな頂角を有する楔状
の透明導光体である。好ましくは、導光体は、裏面に金
属反射板６を有している。導光体の上面と下面のなす角
がこのような角となっていれば足り、図５のように三角
形の断面を有していてもよく、図１のように４角形の断
面を有していてもよい。このような導光体に蛍光灯から
の光を導くと、光はまず表面で全反射され導光体内部へ
と戻される。このような全反射の度に入射光が頂角の大
きさだけ小さくなり、ついには入射光が全反射条件を満
たさなくなり一部の光が外部に出射される。下面では金
属反射板６により光は全反射される。上面で出射されな
かった成分は、導光体内部に戻され下面で全反射され、
頂角の２倍だけ入射角が小さくなって上面の境界面に再
度入射される。入射角が小さくなった分透過率が増すの
で、一部が出射され残りが再度導光体内部に戻される。
以降同様のことが繰り返される。出射されるたびに残り
の光の強度が低下するので、現実的には４〜５回繰り返
されることで、実質的にはほとんどの光パワーが出射さ
れてしまう。
程度の広がりを有する光を回折格子に当てることによ
り、本発明の透過型液晶表示装置が得られることがわか
る。図５は、本発明において有用な導光体の一例であ
る。この全反射型の導光体は、０．１〜３度、さらに望
ましくは０．３〜１度の非常に小さな頂角を有する楔状
の透明導光体である。好ましくは、導光体は、裏面に金
属反射板６を有している。導光体の上面と下面のなす角
がこのような角となっていれば足り、図５のように三角
形の断面を有していてもよく、図１のように４角形の断
面を有していてもよい。このような導光体に蛍光灯から
の光を導くと、光はまず表面で全反射され導光体内部へ
と戻される。このような全反射の度に入射光が頂角の大
きさだけ小さくなり、ついには入射光が全反射条件を満
たさなくなり一部の光が外部に出射される。下面では金
属反射板６により光は全反射される。上面で出射されな
かった成分は、導光体内部に戻され下面で全反射され、
頂角の２倍だけ入射角が小さくなって上面の境界面に再
度入射される。入射角が小さくなった分透過率が増すの
で、一部が出射され残りが再度導光体内部に戻される。
以降同様のことが繰り返される。出射されるたびに残り
の光の強度が低下するので、現実的には４〜５回繰り返
されることで、実質的にはほとんどの光パワーが出射さ
れてしまう。
【００２１】表５は、頂角０．５度、屈折率１．５の楔
形導光板を用いたときの出射角に対する強度分布をシミ
ュレーションにより求めたものである。中心出射角が約
８０度で、指向性が高く十分な強度を有する出射光が得
られることがわかる。このように指向性が高い光を８０
度という大きな角度で回折格子に入射させることによ
り、極めて指向性の高い分離光が得られる。
形導光板を用いたときの出射角に対する強度分布をシミ
ュレーションにより求めたものである。中心出射角が約
８０度で、指向性が高く十分な強度を有する出射光が得
られることがわかる。このように指向性が高い光を８０
度という大きな角度で回折格子に入射させることによ
り、極めて指向性の高い分離光が得られる。
【００２２】
【表５】
【００２３】回折格子に入射させる角度を大きくするた
めだけであれば、導光体からの出射角が本発明よりも小
さな導光体を用い、導光体の上面と回折格子の下面を傾
けて配置し、相対的に回折格子に入射する角度をたとえ
ば８０度前後とすることも不可能ではない。しかし、導
光体と回折格子を平行に配置したときには、回折格子の
下面で反射して導光体上面に戻された光も再度利用する
ことができるので、有利である。図６は、回折格子１６
の下面で反射して導光体４の上面に戻された反射光４２
が再利用される様子を示している。本発明では、回折格
子１６への入射光４０は大きな入射角θを有しているの
で、回折格子１６の下側表面で反射されて回折格子によ
り分離されない反射光４２が生じる場合も多い。導光体
の上面と回折格子シートは平行である場合、反射光４２
は導光体４の表面で全反射して再入射光４４となる。再
入射光４４は同一の入射角θで回折格子１６に入射し、
再利用されることとなる。導光体４と回折格子１６は、
適切な間隔、例えば１μｍ〜２ｍｍの間隔で配置する。
回折格子表面の反射光を有効に再利用するためにも、導
光体４の上面と回折格子１６の下面は平滑面であること
が望ましい。
めだけであれば、導光体からの出射角が本発明よりも小
さな導光体を用い、導光体の上面と回折格子の下面を傾
けて配置し、相対的に回折格子に入射する角度をたとえ
ば８０度前後とすることも不可能ではない。しかし、導
光体と回折格子を平行に配置したときには、回折格子の
下面で反射して導光体上面に戻された光も再度利用する
ことができるので、有利である。図６は、回折格子１６
の下面で反射して導光体４の上面に戻された反射光４２
が再利用される様子を示している。本発明では、回折格
子１６への入射光４０は大きな入射角θを有しているの
で、回折格子１６の下側表面で反射されて回折格子によ
り分離されない反射光４２が生じる場合も多い。導光体
の上面と回折格子シートは平行である場合、反射光４２
は導光体４の表面で全反射して再入射光４４となる。再
入射光４４は同一の入射角θで回折格子１６に入射し、
再利用されることとなる。導光体４と回折格子１６は、
適切な間隔、例えば１μｍ〜２ｍｍの間隔で配置する。
回折格子表面の反射光を有効に再利用するためにも、導
光体４の上面と回折格子１６の下面は平滑面であること
が望ましい。
【００２４】図７は、本発明における回折格子１６の一
例を示す断面図である。回折格子１６の下面５２は平滑
面となっており、上面は鋸形状を有している。上面の鋸
形状は、光学的な屈折率変調構造であり、一定のピッチ
で断面が三角形ＡＢＣの形状からなる縞状の三角突起５
０からなる。このような屈折率変調構造の周期として
は、０．２〜２μｍ、さらに好ましくは、０．４μｍ〜
０．７μｍまたは０．９〜１．３μｍであることが望ま
しい。隣接する三角突起どうしは連続して形成されてい
てもよく、図７のように隣接する三角突起のあいだに、
下面５２と平行な面があってもよい。回折格子１６の構
造において重要なのは、三角突起において、照明光源に
対して遠い側の面、すなわち、図７ではＡＢのなす角α
である。ただし、ここでは照明光源は図１のように図面
の右側に位置することを前提としている。回折格子に入
射した光の大部分はＡＢ面からＲＧＢの分光として出射
する。液晶表示装置の設計上、緑色光がほぼ真上にくる
ように設計することが好ましく、さらに蛍光灯の波長特
性をも考慮して、緑色光は赤色側に１〜４度程度傾いて
いても良い。緑色光の出射角度をこのような範囲にする
ために望ましい角αは、５度〜２０度、さらに好ましく
は、１０度〜１５度である。ＢＣ面は、光の分離にはあ
まり寄与しないので、図７に示した構造でなくその他さ
まざまな構造をとりうる。
例を示す断面図である。回折格子１６の下面５２は平滑
面となっており、上面は鋸形状を有している。上面の鋸
形状は、光学的な屈折率変調構造であり、一定のピッチ
で断面が三角形ＡＢＣの形状からなる縞状の三角突起５
０からなる。このような屈折率変調構造の周期として
は、０．２〜２μｍ、さらに好ましくは、０．４μｍ〜
０．７μｍまたは０．９〜１．３μｍであることが望ま
しい。隣接する三角突起どうしは連続して形成されてい
てもよく、図７のように隣接する三角突起のあいだに、
下面５２と平行な面があってもよい。回折格子１６の構
造において重要なのは、三角突起において、照明光源に
対して遠い側の面、すなわち、図７ではＡＢのなす角α
である。ただし、ここでは照明光源は図１のように図面
の右側に位置することを前提としている。回折格子に入
射した光の大部分はＡＢ面からＲＧＢの分光として出射
する。液晶表示装置の設計上、緑色光がほぼ真上にくる
ように設計することが好ましく、さらに蛍光灯の波長特
性をも考慮して、緑色光は赤色側に１〜４度程度傾いて
いても良い。緑色光の出射角度をこのような範囲にする
ために望ましい角αは、５度〜２０度、さらに好ましく
は、１０度〜１５度である。ＢＣ面は、光の分離にはあ
まり寄与しないので、図７に示した構造でなくその他さ
まざまな構造をとりうる。
【００２５】本発明ではＲＧＢごとに極めて光の指向性
が高いため、見る方向により色が変わって見えてしまう
という直視型液晶装置特有の欠点を生じることもある。
したがって本発明では、図１に示すように拡散板２８を
設けても良い。拡散板２８は、偏光特性を変化させるも
のであれば、図１のように偏光板の外側におくことが望
ましい。ただし、外側におくと、ＲＧＢ光のパスが長く
なるため、その分だけ精細度が落ちる。偏光特性を変化
させない拡散板であれば、偏光板の内側に置くこともで
きる。
が高いため、見る方向により色が変わって見えてしまう
という直視型液晶装置特有の欠点を生じることもある。
したがって本発明では、図１に示すように拡散板２８を
設けても良い。拡散板２８は、偏光特性を変化させるも
のであれば、図１のように偏光板の外側におくことが望
ましい。ただし、外側におくと、ＲＧＢ光のパスが長く
なるため、その分だけ精細度が落ちる。偏光特性を変化
させない拡散板であれば、偏光板の内側に置くこともで
きる。
【００２６】以上、本発明の内容を具体例に基づいて説
明してきたが、本発明の内容はこれらの例に限定される
わけではなく、本発明の要旨の範囲内においていかなる
変更や変形を行ってもよい。
明してきたが、本発明の内容はこれらの例に限定される
わけではなく、本発明の要旨の範囲内においていかなる
変更や変形を行ってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明においては、極めて指向性の高い
ＲＧＢ光を液晶層に入射させることができるので、カラ
ーフィルタを用いない直視型の透過型液晶表示装置を提
供することが可能となる。
ＲＧＢ光を液晶層に入射させることができるので、カラ
ーフィルタを用いない直視型の透過型液晶表示装置を提
供することが可能となる。
【図１】本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本発明において使用される蛍光灯の波長特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】本発明の液晶表示装置における画素を模式的に
示した断面図である。
示した断面図である。
【図４】本発明の回折格子における光の入射および出射
を示す図である。
を示す図である。
【図５】本発明のバックライトユニットを示す図であ
る。
る。
【図６】本発明における液晶表示装置を示した断面図で
ある。
ある。
【図７】本発明における回折格子の一例を示した図であ
る。
る。
１ 液晶表示ユニット ２ バックライトユニット ３ 蛍光灯 ４ 導光体 ６ 金属反射板 １６ 回折格子 １８ 偏光板 ２０ シリンドリカルレンズアレイ ２２ シリンドリカルレンズ ２６ ガラス ２８ 拡散板 ３０ 液晶層 ３２ 画素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 洋一 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 内 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA08X FA08Z FA16Z FA19Z FA23Z FA29Z FA42Z KA10 LA12 LA13 LA15
Claims (12)
- 【請求項１】直線状または面状の光源と、前記照明光源
から照射された光が入射される楔状導光板と、前記楔状
導光板から斜め方向にかつ略平行に出射された光を複数
の波長領域の光に分離する波長分離手段と、前記波長分
離手段により分離された光を受光し所定のサブ画素に所
定の波長領域の光を集光する集光手段と、サブ画素ごと
に制御可能な液晶層からなる透過型液晶表示装置。 - 【請求項２】前記光源は、蛍光灯である、請求項１に記
載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項３】前記集光手段は、シリンドリカルレンズア
レイである、請求項１に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項４】前記楔形導光体は、出射面の反対面におい
て光が正反射する、請求項３に記載の透過型液晶表示装
置。 - 【請求項５】前記楔形導光体は、０．１〜３度の頂角を
有する、請求項４に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項６】前記楔形導光体は、０．３〜１度の頂角を
有する、請求項４に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項７】前記楔形導光体は、出射面の反対面に金属
表面鏡を有する、請求項４に記載の透過型液晶表示装
置。 - 【請求項８】前記波長分離手段は、回折格子である、請
求項３に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項９】前記回折格子は、入射面で入射光の一部が
正反射する、請求項８に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項１０】前記回折格子は、出射面が鋸形状を有
し、前記鋸形状において照明光源に対して遠い側の辺
が、出射面の垂直方向に対して５〜２０度の角度をな
す、請求項８に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項１１】前記回折格子は、出射面が鋸形状を有
し、前記鋸形状において照明光源に対して遠い側の辺
が、出射面の垂直方向に対して１０〜１５度の角度をな
す、請求項８に記載の透過型液晶表示装置。 - 【請求項１２】前記透過型液晶表示装置は、さらに拡散
板が配置されている、請求項３に記載の透過型液晶表示
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043246A JP2000241812A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 透過型液晶表示装置 |
| TW089100179A TWI291057B (en) | 1999-02-22 | 2000-01-07 | Transparent type liquid crystal display |
| KR10-2001-7010336A KR100429451B1 (ko) | 1999-02-22 | 2000-02-17 | 투과형 액정 표시 장치 |
| PCT/JP2000/000912 WO2000050953A1 (en) | 1999-02-22 | 2000-02-17 | Transmission liquid crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043246A JP2000241812A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 透過型液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000241812A true JP2000241812A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12658540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11043246A Pending JP2000241812A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 透過型液晶表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000241812A (ja) |
| KR (1) | KR100429451B1 (ja) |
| TW (1) | TWI291057B (ja) |
| WO (1) | WO2000050953A1 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139724A (ja) * | 2000-08-21 | 2002-05-17 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラムカラーフィルターを用いた透過型液晶表示装置 |
| JP2004537766A (ja) * | 2001-08-02 | 2004-12-16 | ケンブリッジ フラット プロジェクション ディスプレイズ リミテッド | テーパ導波路を用いたフラットパネルディスプレイ |
| US7164454B2 (en) | 2003-08-19 | 2007-01-16 | International Business Machines Incorporated | Color filterless display device, optical element, and manufacture |
| KR100796759B1 (ko) * | 2002-02-19 | 2008-01-22 | 삼성전자주식회사 | 반투과형 액정표시장치 |
| WO2008096589A1 (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-14 | Panasonic Corporation | 液晶表示装置 |
| CN100439942C (zh) * | 2002-12-12 | 2008-12-03 | 三星电子株式会社 | 带有台阶状边缘的光导板以及具有该光导板的显示装置 |
| WO2009093452A1 (ja) | 2008-01-23 | 2009-07-30 | Panasonic Corporation | 波長分離装置、これを用いた面状照明装置、及びこれを用いた液晶表示装置 |
| JP2009258697A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yeungnam Univ | カラーフィルターの無い液晶表示装置 |
| US8379172B2 (en) | 2009-05-29 | 2013-02-19 | Panasonic Corporation | Liquid crystal display device |
| CN110832390A (zh) * | 2018-03-07 | 2020-02-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 液晶显示装置及其制造方法、背光及其制造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI312885B (en) * | 2001-12-06 | 2009-08-01 | Nec Lcd Technologies Ltd | Semi-transmissive liquid crystal display device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09230320A (ja) * | 1996-02-20 | 1997-09-05 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置 |
| JPH09318942A (ja) * | 1996-05-28 | 1997-12-12 | Mitsubishi Electric Corp | カラー液晶表示装置 |
| JPH10241434A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Toray Ind Inc | 光線指向性化シートおよびそれを用いた指向性面状光源 |
| JPH10319217A (ja) * | 1997-05-22 | 1998-12-04 | Omron Corp | 色分離素子及び画像表示装置 |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP11043246A patent/JP2000241812A/ja active Pending
-
2000
- 2000-01-07 TW TW089100179A patent/TWI291057B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-02-17 WO PCT/JP2000/000912 patent/WO2000050953A1/ja active IP Right Grant
- 2000-02-17 KR KR10-2001-7010336A patent/KR100429451B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (16)
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|---|---|---|---|---|
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| CN100439942C (zh) * | 2002-12-12 | 2008-12-03 | 三星电子株式会社 | 带有台阶状边缘的光导板以及具有该光导板的显示装置 |
| US8879016B2 (en) | 2003-08-19 | 2014-11-04 | International Business Machines Corporation | Color filterless display device, optical element, and manufacture |
| US7936412B2 (en) | 2003-08-19 | 2011-05-03 | International Business Machines Corporation | Color filterless display device, optical element, and manufacture |
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| CN110832390A (zh) * | 2018-03-07 | 2020-02-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 液晶显示装置及其制造方法、背光及其制造方法 |
| EP3762772A4 (en) * | 2018-03-07 | 2021-10-20 | Boe Technology Group Co., Ltd. | LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR IT, REAR LIGHT AND MANUFACTURING METHOD FOR IT |
| US11221517B2 (en) | 2018-03-07 | 2022-01-11 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Liquid crystal display apparatus and fabricating method thereof, back light and fabricating method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI291057B (en) | 2007-12-11 |
| KR20010102148A (ko) | 2001-11-15 |
| WO2000050953A1 (en) | 2000-08-31 |
| KR100429451B1 (ko) | 2004-05-03 |
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